Concentration induced modulation of solvation structure for efficient lithium metal battery by regulating energy level of LUMO orbital

轨道能级差 材料科学 溶剂化 电解质 密度泛函理论 锂(药物) 阳极 丁二腈 化学物理 化学工程 离子 物理化学 计算化学 分子 有机化学 电极 化学 内分泌学 工程类 医学
作者
Cong Kang,Jiaming Zhu,Yijie Wang,Shanshan Ye,Yueping Xiong,Fanpeng Kong,Geping Yin
出处
期刊:Energy Storage Materials [Elsevier]
卷期号:61: 102898-102898 被引量:32
标识
DOI:10.1016/j.ensm.2023.102898
摘要

Nitrile electrolytes have attracted extensive attention for achieving high-voltage lithium metal batteries. However, the poor compatibility of nitrile electrolyte with Li anode remains a huge challenge owing to severe side reactions. Herein, changing concentration of LiTFSI in succinonitrile (SN) is proposed to improve interface compatibility by regulating the solvation structure. The higher coordination number (1.3) of TFSI− in high concentration electrolytes results in a LiF-rich SEI film, accounting for the superior performance of LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2|Li cell with negligible capacity fade after 100 cycles at 0.5 C. Density functional theory (DFT) suggests that the solvation structure with a high coordination number of TFSI− towards Li+ leads to a reduced Lowest Unoccupied Molecular Orbital (LUMO) energy level, which promotes the decomposition of TFSI− to form LiF-rich film. Also, a reduced decomposition energy barrier of anion is demonstrated. This work provides an encouraging way to enhance interface stability via modulating the solvation structure achieved by regulating concentration.
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